Koolstofcycli zijn de verplaatsingsbewegingen van het koolstofelement in verschillende omgevingen
Bewerkte en verkleinde afbeelding van Mitchell Griest, is beschikbaar op Unsplash
Koolstofcycli zijn de verplaatsingsbewegingen van het koolstofelement in verschillende omgevingen, waaronder rotsen, bodems, oceanen en planten. Dit voorkomt dat het zich volledig ophoopt in de atmosfeer en stabiliseert de temperatuur op aarde. Voor de geologie zijn er twee soorten koolstofcycli: de langzame, die plaatsvindt in honderdduizenden jaren, en de snelle, die plaatsvindt van tientallen tot honderdduizend jaar.
De koolstof
Koolstof is een chemisch element dat in overvloed voorkomt in gesteente en, in mindere mate, in de bodem, in de oceaan, in planten, in de atmosfeer, in levende organismen en in objecten. Het is gesmeed in de sterren, het vierde meest voorkomende element in het universum en essentieel voor het behoud van het leven op aarde zoals wij dat kennen. Het is echter ook een van de oorzaken van een groot probleem: klimaatverandering.
Op zeer lange tijdschalen (miljoenen tot tientallen miljoenen jaren) kunnen de beweging van tektonische platen en veranderingen in de snelheid waarmee koolstof het binnenste van de aarde binnendringt, de temperatuur op aarde veranderen. De aarde heeft deze verandering in de afgelopen 50 miljoen jaar ondergaan, van de extreem hete klimaten uit het Krijt (ongeveer 145 tot 65 miljoen jaar geleden) tot het Pleistocene glaciale klimaat (ongeveer 1,8 miljoen tot 11.500 jaar geleden).
De langzame cyclus
Door een reeks chemische reacties en tektonische activiteit heeft koolstof tussen de 100 en 200 miljoen jaar nodig om zich te verplaatsen tussen rotsen, bodem, oceaan en atmosfeer in de koolstofcyclus die langzaam plaatsvindt. Gemiddeld doorloopt in één jaar tussen de tien en 100 miljoen ton koolstof de langzame cyclus. Ter vergelijking: menselijke uitstoot van koolstof in de atmosfeer is in de orde van 10 miljard ton, terwijl de snelle koolstofcyclus van 10 naar 100 miljard koolstof per jaar verandert.
De beweging van koolstof uit de atmosfeer naar de lithosfeer (rotsen) begint met regen. Atmosferische koolstof vormt in combinatie met water koolzuur, dat door regen op het oppervlak wordt afgezet. Dit zuur lost de rotsen op in een proces dat chemische verwering wordt genoemd, waarbij calcium-, magnesium-, kalium- of natriumionen vrijkomen. Deze ionen worden getransporteerd naar rivieren en van rivieren naar de oceaan.
- Waar komt het plastic vandaan dat de oceanen vervuilt?
- Verzuring van de oceaan: een ernstig probleem voor de planeet
In de oceaan worden calciumionen gecombineerd met bicarbonaationen om calciumcarbonaat te vormen, het actieve ingrediënt in antacida. In de oceaan wordt het meeste calciumcarbonaat geproduceerd door schelpvormende (verkalkende) organismen (zoals koralen) en plankton (zoals coccolithoforen en foraminiferen). Nadat deze organismen zijn gestorven, zinken ze naar de zeebodem. Na verloop van tijd worden lagen van schelpen en sedimenten verdicht en omgezet in gesteenten, waarbij koolstof wordt opgeslagen en sedimentair gesteente zoals kalksteen ontstaat.
Op deze manier wordt ongeveer 80% van de carbonaatgesteenten gegenereerd. De overige 20% bevat koolstof van ontbonden levende wezens (organische koolstof). Hitte en druk comprimeren gedurende miljoenen jaren koolstofrijk organisch materiaal, waarbij sedimentaire gesteenten, zoals schalie, worden gevormd. In speciale gevallen, wanneer de organische stof in dode planten zich snel ophoopt, zonder tijd voor ontbinding, worden de lagen organische koolstof olie, steenkool of aardgas in plaats van sedimentair gesteente zoals schalie.
In de langzame cyclus keert koolstof door vulkanische activiteit terug naar de atmosfeer. Dit komt omdat wanneer de oppervlakken van de aardse en oceanische korst van de aarde botsen, de ene onder de andere zinkt en het gesteente dat het draagt, smelt onder extreme hitte en druk. Het verwarmde gesteente recombineert in silicaatmineralen, waarbij kooldioxide vrijkomt.
- Kooldioxide: wat is CO2?
Wanneer vulkanen uitbarsten, verdrijven ze gas in de atmosfeer en bedekken ze de aarde met kiezelstenen, waardoor de cyclus opnieuw begint. Vulkanen stoten tussen de 130 en 380 miljoen ton kooldioxide per jaar uit. Ter vergelijking: mensen stoten ongeveer 30 miljard ton koolstofdioxide per jaar uit - 100 tot 300 keer meer dan vulkanen - door fossiele brandstoffen te verbranden.
- Alcohol of benzine?
Als koolstofdioxide in de atmosfeer stijgt vanwege bijvoorbeeld verhoogde vulkanische activiteit, stijgen de temperaturen, wat leidt tot meer regen, die meer rotsen oplost, waardoor meer ionen ontstaan die uiteindelijk meer koolstof op de oceaanbodem afzetten. Het duurt een paar honderdduizend jaar om de langzame koolstofcyclus weer in evenwicht te brengen.
De langzame cyclus bevat echter ook een iets snellere component: de oceaan. Aan de oppervlakte, waar de lucht het water ontmoet, lost het kooldioxidegas op en ventileert het uit de oceaan in constante uitwisseling met de atmosfeer. Eenmaal in de oceaan reageert koolstofdioxidegas met watermoleculen om waterstof vrij te maken, waardoor de oceaan zuurder wordt. Waterstof reageert met het carbonaat bij de verwering van gesteenten om bicarbonaationen te produceren.
Vóór het industriële tijdperk verdreef de oceaan kooldioxide in de atmosfeer in evenwicht met de koolstof die de oceaan ontving tijdens de erosie van rotsen. Omdat de koolstofconcentraties in de atmosfeer zijn toegenomen, verwijdert de oceaan nu meer koolstof uit de atmosfeer dan dat het vrijkomt. Gedurende millennia zal de oceaan tot 85% van de extra koolstof opnemen die mensen in de atmosfeer stoppen door fossiele brandstoffen te verbranden, maar het proces is traag omdat het verband houdt met de beweging van water van het oceaanoppervlak naar de diepten.
Ondertussen regelen winden, stromingen en temperatuur de snelheid waarmee de oceaan kooldioxide uit de atmosfeer verwijdert. (Zie de koolstofbalans van de oceaan op het aardobservatorium.) Veranderingen in oceaantemperaturen en -stromingen hebben waarschijnlijk geholpen koolstof te verwijderen en koolstof in de atmosfeer te herstellen in de paar duizend jaar dat ijstijden begonnen en eindigden .
De snelle koolstofcyclus
De tijd die koolstof nodig heeft om door de snelle koolstofcyclus te reizen, wordt gemeten over een leven lang. De snelle koolstofcyclus is in feite de beweging van koolstof door levensvormen op aarde of in de biosfeer. Jaarlijks doorloopt zo'n duizend tot 100 miljard ton koolstof de snelle koolstofcyclus.
Koolstof speelt een essentiële rol in de biologie vanwege zijn vermogen om vele bindingen te vormen - tot vier per atoom - in een schijnbaar eindeloze verscheidenheid aan complexe organische moleculen. Veel organische moleculen bevatten koolstofatomen die sterke bindingen hebben gevormd met andere koolstofatomen, gecombineerd tot lange ketens en ringen. Dergelijke koolstofketens en ringen vormen de basis van levende cellen. DNA bestaat bijvoorbeeld uit twee ineengevlochten moleculen die rond een koolstofketen zijn gebouwd.
De bindingen in de lange koolstofketens bevatten veel energie. Wanneer de stromen scheiden, komt de opgeslagen energie vrij. Deze energie maakt koolstofmoleculen tot een uitstekende brandstofbron voor alle levende wezens.
Planten en fytoplankton zijn de belangrijkste componenten van de snelle koolstofcyclus. Fytoplankton (microscopisch kleine organismen in de oceaan) en planten verwijderen kooldioxide uit de atmosfeer door het in hun cellen op te nemen. Door energie van de zon te gebruiken, combineren planten en plankton kooldioxide (CO2) en water om suiker (CH2O) en zuurstof te vormen. De chemische reactie ziet er als volgt uit:
CO2 + H2O + energie = CH2O + O2
Het kan gebeuren dat koolstof van een plant reist en terugkeert naar de atmosfeer, maar ze hebben allemaal dezelfde chemische reactie. Planten breken suiker af om de energie te krijgen die ze nodig hebben om te groeien. Dieren (inclusief mensen) eten planten of plankton en breken de suiker van de plant af voor energie. Planten en plankton sterven en rotten (worden verteerd door bacteriën) of worden verteerd door vuur. In alle gevallen combineert zuurstof met suiker om water, kooldioxide en energie vrij te maken. De basische chemische reactie ziet er als volgt uit:
CH2O + O2 = CO2 + H2O + energie
Bij de vier processen komt de kooldioxide die vrijkomt bij de reactie meestal in de atmosfeer terecht. De snelle koolstofcyclus is zo nauw verbonden met het plantenleven dat het groeiseizoen te zien is aan de manier waarop koolstofdioxide in de atmosfeer zweeft. In de winter van het noordelijk halfrond, wanneer er maar weinig landplanten groeien en veel aan het ontbinden zijn, nemen de atmosferische concentraties van kooldioxide toe. In het voorjaar, wanneer de planten weer gaan groeien, dalen de concentraties. Het is alsof de aarde ademt.
Veranderingen in de koolstofcyclus
Ongestoord, snelle en langzame koolstofcycli handhaven een relatief constante koolstofconcentratie in de atmosfeer, het land, de planten en de oceaan. Maar wanneer iets de hoeveelheid koolstof in het ene reservoir verandert, golft het effect in andere.
In het verleden van de aarde is de koolstofcyclus veranderd als reactie op klimaatverandering. Variaties in de baan van de aarde veranderen de hoeveelheid energie die de aarde van de zon ontvangt en leiden tot een cyclus van ijstijden en hete periodes zoals het huidige klimaat op aarde. (Zie Milutin Milankovitch) ijstijden ontwikkelden zich toen de zomers op het noordelijk halfrond afkoelden en ijs zich ophoopte op de aarde, wat op zijn beurt de koolstofcyclus vertraagde. Ondertussen kunnen verschillende factoren, waaronder lagere temperaturen en toegenomen groei van fytoplankton, de hoeveelheid koolstof die de oceaan uit de atmosfeer heeft verwijderd hebben doen toenemen. De daling van atmosferische koolstof heeft voor verdere afkoeling gezorgd. Evenzo nam aan het einde van de laatste ijstijd, 10.000 jaar geleden, koolstofdioxide in de atmosfeer dramatisch toe met opwarmingstemperaturen.
Veranderingen in de baan van de aarde vinden constant plaats, in voorspelbare cycli. Over ongeveer 30.000 jaar zal de baan van de aarde voldoende zijn veranderd om het zonlicht op het noordelijk halfrond te verminderen tot niveaus die leidden tot de laatste ijstijd.
Tegenwoordig vinden veranderingen in de koolstofcyclus plaats door mensen. We verstoren de koolstofcyclus door fossiele brandstoffen te verbranden en ontbossing.
Bij ontbossing komt de koolstof vrij die is opgeslagen in de stammen, stengels en bladeren - biomassa. Bij het verwijderen van een bos worden planten verwijderd die anders koolstof uit de atmosfeer zouden verwijderen terwijl het groeit. Er is een wereldwijde trend om bossen te vervangen door monocultuur en weilanden, die minder koolstof opslaan. We stellen ook grond bloot die koolstof uit ontbindend plantaardig materiaal in de atmosfeer verdrijft. Momenteel stoten mensen elk jaar iets minder dan een miljard ton koolstof in de atmosfeer uit door veranderingen in het landgebruik.
Zonder menselijke tussenkomst zou koolstof uit fossiele brandstoffen langzaam in de atmosfeer lekken door vulkanische activiteit gedurende miljoenen jaren in de langzame koolstofcyclus. Door kolen, olie en aardgas te verbranden, versnellen we het proces, waarbij we elk jaar enorme hoeveelheden koolstof (koolstof die miljoenen jaren nodig had om zich op te hopen) in de atmosfeer vrijkomen. Daarbij verplaatsen we de koolstof van de langzame naar de snelle cyclus. In 2009 hebben mensen ongeveer 8,4 miljard ton koolstof in de atmosfeer uitgestoten door fossiele brandstoffen te verbranden.
Sinds het begin van de industriële revolutie, toen mensen fossiele brandstoffen gingen verbranden, zijn de concentraties kooldioxide in de atmosfeer gestegen van ongeveer 280 deeltjes per miljoen tot 387 deeltjes per miljoen, een stijging van 39%. Dit betekent dat van elke miljoen moleculen in de atmosfeer er nu 387 kooldioxide zijn - de hoogste concentratie in twee miljoen jaar. De methaanconcentraties namen toe van 715 delen per miljard in 1750 tot 1.774 delen per miljard in 2005, de hoogste concentratie in minstens 650.000 jaar.
Effecten van het veranderen van de koolstofcyclus
Afbeelding: Carbon Cycles - NASA
Al die extra koolstof moet ergens heen. Tot nu toe hebben land- en oceaanplanten 55% van de extra koolstof in de atmosfeer opgenomen, terwijl ongeveer 45% in de atmosfeer blijft. Uiteindelijk nemen de bodem en oceanen het meeste van de extra kooldioxide op, maar tot 20% kan vele duizenden jaren in de atmosfeer blijven.
De overtollige koolstof in de atmosfeer verwarmt de planeet en helpt landplanten om meer te groeien. Overtollige koolstof in de oceaan maakt het water zuurder, waardoor het onderwaterleven in gevaar komt. Lees meer over dit onderwerp in het artikel: "Verzuring van de oceanen: een ernstig probleem voor de planeet".
Atmosfeer
Het is veelbetekenend dat er zoveel kooldioxide in de atmosfeer achterblijft, omdat CO2 het belangrijkste gas is voor het regelen van de temperatuur op aarde. Koolstofdioxide, methaan en halogeenkoolwaterstoffen zijn broeikasgassen die een breed scala aan energie absorberen - inclusief infrarode energie (warmte) die door de aarde wordt uitgestraald - en deze vervolgens opnieuw uitstoten. De heruitgegeven energie reist in alle richtingen, maar sommige keren terug naar de aarde en verwarmen het oppervlak. Zonder broeikasgassen zou de aarde bij -18ºC bevroren zijn. Met veel broeikasgassen zou de aarde op Venus lijken, waar de atmosfeer temperaturen rond 400 ° C handhaaft.
Omdat wetenschappers weten welke golflengten van energie elk broeikasgas absorbeert en de concentratie van gassen in de atmosfeer, kunnen ze berekenen hoeveel elk gas bijdraagt aan de opwarming van de planeet. Koolstofdioxide veroorzaakt ongeveer 20% van het broeikaseffect op aarde; waterdamp is verantwoordelijk voor ongeveer 50%; en wolken vertegenwoordigen 25%. De rest wordt veroorzaakt door kleine deeltjes (aerosolen) en kleinere broeikasgassen, zoals methaan.
- Zijn spuitbussen recyclebaar?
De concentraties waterdamp in de lucht worden bepaald door de temperatuur op aarde. Warmere temperaturen verdampen meer water uit de oceanen, zetten luchtmassa's uit en leiden tot meer luchtvochtigheid. Koeling zorgt ervoor dat waterdamp condenseert en valt als regen, hagel of sneeuw.
Kooldioxide daarentegen blijft een gas in een groter bereik van atmosferische temperaturen dan water. Koolstofdioxidemoleculen zorgen voor de initiële verwarming die nodig is om de waterdampconcentraties te behouden. Wanneer de concentraties kooldioxide dalen, koelt de aarde af, valt er een beetje waterdamp uit de atmosfeer en neemt de verwarming van de kas veroorzaakt door de waterdamp af. Evenzo, wanneer de concentraties kooldioxide toenemen, stijgt de temperatuur van de lucht en verdampt er meer waterdamp in de atmosfeer - wat de verwarming van de kas versterkt.
Dus hoewel kooldioxide minder bijdraagt aan het broeikaseffect dan waterdamp, hebben wetenschappers ontdekt dat kooldioxide het gas is dat de temperatuur bepaalt. Koolstofdioxide regelt de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer en daarmee de omvang van het broeikaseffect.
Stijgende concentraties kooldioxide zorgen er nu al voor dat de planeet opwarmt. Terwijl de broeikasgassen stijgen, zijn de gemiddelde temperaturen op aarde sinds 1880 met 0,8 graden Celsius (1,4 graden Fahrenheit) gestegen.
Deze temperatuurstijging is niet de enige opwarming die we zullen zien op basis van de huidige concentraties kooldioxide. De verwarming van de kas gebeurt niet direct omdat de oceaan warmte opneemt. Dit betekent dat de temperatuur op aarde met minstens 0,6 graden Celsius (1 graad Fahrenheit) zal stijgen vanwege de kooldioxide die zich al in de atmosfeer bevindt. De mate waarin de temperatuur verder stijgt, hangt gedeeltelijk af van hoeveel meer koolstof mensen in de toekomst in de atmosfeer vrijkomen.
Oceaan
Ongeveer 30% van de kooldioxide die mensen in de atmosfeer stoppen, wordt door directe chemische uitwisseling in de oceaan verspreid. Door het oplossen van kooldioxide in de oceaan ontstaat koolzuur, wat de zuurgraad van het water verhoogt. Of beter gezegd, een licht alkalische oceaan wordt iets minder alkalisch. Sinds 1750 is de pH van het oceaanoppervlak 0,1 gedaald, een verandering van 30% in zuurgraad.
Verzuring van de oceaan beïnvloedt mariene organismen op twee manieren. Ten eerste reageert het koolzuur met de carbonaationen in het water om bicarbonaat te vormen. Deze zelfde carbonaationen zijn echter wat schelpvormende dieren zoals koraal nodig hebben om calciumcarbonaatschalen te maken. Omdat er minder carbonaat beschikbaar is, hebben dieren meer energie nodig om hun schelpen te bouwen. Als gevolg hiervan worden de schelpen dunner en kwetsbaarder.
Ten tweede, hoe meer water zuur is, hoe beter het calciumcarbonaat oplost. Op de lange termijn zal deze reactie de oceaan in staat stellen overtollig koolstofdioxide te absorberen, omdat meer zuur water meer rotsen zal oplossen, meer carbonaationen zal afgeven en het vermogen van de oceaan om kooldioxide te absorberen zal vergroten. In de tussentijd zal echter meer zuur water de carbonaatschillen van mariene organismen oplossen, waardoor ze putjes en zwak worden.
Warmere oceanen - een product van het broeikaseffect - kunnen ook de overvloed aan fytoplankton verminderen, dat het beste groeit in koud, voedselrijk water. Dit zou het vermogen van de oceaan om koolstof uit de atmosfeer te halen door de snelle koolstofcyclus kunnen beperken.
Aan de andere kant is kooldioxide essentieel voor de groei van planten en fytoplankton. Een toename van kooldioxide kan de groei vergroten door die paar soorten fytoplankton en oceanische planten (zoals zeegras) te bemesten die koolstofdioxide rechtstreeks uit het water verwijderen. De meeste soorten worden echter niet geholpen door de grotere beschikbaarheid van kooldioxide.
Aarde
De planten op het land namen ongeveer 25% van de kooldioxide op die mensen in de atmosfeer brachten. De hoeveelheid koolstof die planten opnemen varieert sterk van jaar tot jaar, maar in het algemeen verhogen de planten ter wereld de hoeveelheid kooldioxide die ze absorberen sinds 1960. Slechts een deel van deze toename is een direct gevolg van de uitstoot van fossiele brandstoffen.
Omdat er meer atmosferische kooldioxide beschikbaar was om bij fotosynthese om te zetten in plantaardig materiaal, konden planten meer groeien. Deze toename van de groei staat bekend als koolstofbemesting. De modellen voorspellen dat planten 12 tot 76% meer kunnen groeien als atmosferische kooldioxide verdubbelt, zolang niets anders, zoals waterschaarste, hun groei beperkt. Wetenschappers weten echter niet hoeveel kooldioxide de plantengroei in de echte wereld verhoogt, omdat planten meer nodig hebben dan kooldioxide om te groeien.
Planten hebben ook water, zonlicht en voedingsstoffen nodig, vooral stikstof. Als een plant een van deze dingen niet heeft, zal hij niet groeien, ongeacht hoe overvloedig de andere behoeften zijn. Er is een limiet aan hoeveel koolstof planten uit de atmosfeer kunnen verwijderen, en die limiet verschilt van regio tot regio. Tot nu toe lijkt het erop dat koolstofdioxidebemesting de plantengroei verhoogt totdat de plant een limiet bereikt in de beschikbare hoeveelheid water of stikstof.
Sommige veranderingen in koolstofopname zijn het resultaat van beslissingen over landgebruik. De landbouw is veel intensiever geworden, waardoor we op minder land meer voedsel kunnen verbouwen. Op hoge en gemiddelde breedtegraden vervalt verlaten land in het bos, en deze bossen slaan veel meer koolstof op, zowel in hout als in de bodem, dan gewassen. Op veel plaatsen voorkomen we dat de koolstof van de plant in de atmosfeer komt door branden te blussen. Hierdoor kan het houtachtige materiaal (dat koolstof opslaat) zich ophopen. Al deze beslissingen over landgebruik helpen planten om koolstof op te nemen die door de mens op het noordelijk halfrond vrijkomt.
In de tropen worden bossen echter gekapt, vaak door brand, en daarbij komt kooldioxide vrij. In 2008 vertegenwoordigde ontbossing ongeveer 12% van alle menselijke uitstoot van kooldioxide.
De grootste veranderingen in de terrestrische koolstofcyclus zullen waarschijnlijk optreden als gevolg van klimaatverandering. Koolstofdioxide verhoogt de temperatuur, verlengt het groeiseizoen en verhoogt de luchtvochtigheid. Beide factoren leidden tot wat extra plantengroei. Warmere temperaturen belasten de planten echter ook. Met een langer, warmer groeiseizoen hebben planten meer water nodig om te overleven. Wetenschappers zien nu al bewijs dat planten op het noordelijk halfrond in de zomer hun groei vertragen vanwege hoge temperaturen en waterschaarste.
Gedroogde en door water gestreste planten zijn ook gevoeliger voor vuur en insecten wanneer de groeiseizoenen langer worden. In het hoge noorden, waar de temperatuurstijging de grootste impact heeft, zijn bossen al meer gaan verbranden, waardoor koolstof uit planten en bodem in de atmosfeer terechtkomt. Tropische bossen kunnen ook erg gevoelig zijn voor uitdroging. Met minder water vertragen tropische bomen de groei en nemen ze minder koolstof op, of sterven ze af en geven ze koolstof af die in de atmosfeer is opgeslagen.
De opwarming die wordt veroorzaakt door de toename van broeikasgassen kan ook de grond "bakken", waardoor koolstof op sommige plaatsen sneller wegstroomt. Dit is met name van belang in het hoge noorden, waar de bevroren grond - permafrost - aan het ontdooien is. Permafrost bevat rijke koolstofafzettingen van plantaardig materiaal die zich al duizenden jaren hebben opgehoopt omdat de kou het verval vermindert. Wanneer de bodem opwarmt, vervalt organisch materiaal en dringt koolstof - in de vorm van methaan en kooldioxide - de atmosfeer binnen.
Huidig onderzoek schat dat permafrost op het noordelijk halfrond 1.672 miljard ton (petagramas) organische koolstof bevat. Als slechts 10% van die permafrost ontdooit, zou het genoeg extra kooldioxide in de atmosfeer kunnen afgeven om de temperatuur in 2100 met 0,7 graden Celsius (1,3 graden Fahrenheit) te verhogen.
Studie van de koolstofcyclus
Veel van de vragen die wetenschappers nog moeten beantwoorden over de koolstofcyclus, draaien om hoe deze verandert. De atmosfeer bevat nu meer koolstof dan ooit in minstens twee miljoen jaar. Elk reservoir in de cyclus zal veranderen als die koolstof door de cyclus gaat.
Hoe zullen deze veranderingen zijn? Wat gebeurt er met planten als de temperatuur stijgt en het klimaat verandert? Zullen ze meer koolstof uit de atmosfeer verwijderen dan dat ze terugkeren? Zullen ze minder productief worden? Hoeveel extra koolstof zal permafrost in de atmosfeer smelten en hoeveel zal het de opwarming versterken? Verandert oceaancirculatie of opwarming de snelheid waarmee de oceaan koolstof opneemt? Zal het oceaanleven minder productief worden? Hoeveel verzuurt de oceaan en welke effecten heeft het?
De rol van NASA bij het beantwoorden van deze vragen is het leveren van wereldwijde satellietwaarnemingen en gerelateerde veldwaarnemingen. Begin 2011 verzamelden twee soorten satellietinstrumenten informatie die relevant was voor de koolstofcyclus.
De Moderate Resolution Image Spectroradiometer (MODIS) -instrumenten, die vliegen op NASA's Terra- en Aqua-satellieten, meten de hoeveelheid koolstofplanten en fytoplankton die in materie veranderen terwijl ze groeien, een maat die de netto primaire productiviteit wordt genoemd. MODIS-sensoren meten ook hoeveel branden er plaatsvinden en waar ze branden.
Twee Landsat-satellieten geven een gedetailleerd beeld van oceaanriffen, wat er op het land groeit en hoe de landbedekking verandert. Je ziet de groei van een stad of een transformatie van bos naar boerderij. Deze informatie is cruciaal omdat landgebruik verantwoordelijk is voor een derde van alle menselijke koolstofemissies.
Toekomstige NASA-satellieten zullen deze waarnemingen voortzetten en ook kooldioxide en methaan in de atmosfeer, hoogte en vegetatiestructuur meten.
Al deze maatregelen zullen ons helpen te zien hoe de wereldwijde koolstofcyclus in de loop van de tijd verandert. Ze zullen ons helpen om de impact die we hebben op de koolstofcyclus te beoordelen, koolstof vrij te geven in de atmosfeer of manieren te vinden om het elders op te slaan. Ze zullen ons laten zien hoe klimaatverandering de koolstofcyclus verandert en hoe het veranderen van de cyclus het klimaat verandert.
De meesten van ons zullen veranderingen in de koolstofcyclus echter op een meer persoonlijke manier waarnemen. Voor ons is de koolstofcyclus het voedsel dat we eten, de elektriciteit in onze huizen, het gas in onze auto's en het weer boven ons. Omdat we deel uitmaken van de koolstofcyclus, verspreiden onze beslissingen over hoe we leven zich over de cyclus. Evenzo zullen veranderingen in de koolstofcyclus van invloed zijn op de manier waarop we leven. Terwijl we allemaal onze rol in de koolstofcyclus gaan begrijpen, stelt kennis ons in staat om onze persoonlijke impact te beheersen en de veranderingen te begrijpen die we zien in de wereld om ons heen.
